ЭЛЕКТРОННАЯ КАРТОГРАФИЯ В ПОЧВОВЕДЕНИИ
Шаталина С.Н.
Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова
геолого-географический факультет
e-mail: kubey@ukrpost.net

В статье рассматривается внедрение в практику крупномасштабной почвенной съемки методов использования геоинформационных технологий.

В Украине разрабатывается Национальная программа повторного обсследования и картографирования почвенного покрова, которое необходимо осуществлять на принципиально новых методических средствах с использованием современнейших технических средств (космической информатики, ГИС-технологий и экспресс методов анализа почвы). Новым научным направлением становится организация и анализ почвенных данных на ЭВМ с целью извлечения содержащейся в них информации для принятия решений.

Современным средством решения возникающих при этом вопросов являются ГИС-технологии. "Компьютерное картографирование, создание и использование баз пространственно распределенных данных стало неотъемлемой частью профессиональной деятельности специалистов, работающих в науках о Земле. Программные средства являются методом, инструментом для решения различных задач, как образовательных, так и научно-исследовательских" [1].

Разностороннее использование данных почвенных обследований является предпосылкой максимального использования продуктивности почв. Крупномасштабная почвенная карта является основным, необходимым научным документом, на базе которого возможно осуществление количественной и качественной оценки земельных фондов и разработка системы практических мероприятий, направленных на повышение плодородия почв в условиях всенарастающей интенсификации сельскохозяйственного производства. Однако по истечению определенного срока времени материалы почвенных обследований начинают устаревать и требуют либо полного обновления, либо их корректировки.

В связи с тем, что крупномасштабное почвенное обследование на территории Украины проводилось около 20 лет назад, многие данные устарели. Кроме того, переход на новый этап рыночных отношений предполагает наличие достоверной информации о землях сельскохозяйственного назначения, для наиболее рационального и эффективного их использования, разработки мероприятий по предупреждению негативных последствий антропогенной деятельности. Поэтому необходимо внедрение в практику крупномасштабных обследований новых методов, использование которых в почвенной картографии, особенно при массовом обследовании почв еще очень ограниченно. Одним из таких методов является применение геоинформационных технологий.

В связи с развитием компьютерных ГИС-технологий упрощается работа на первом (подготовительном) и последнем (камеральном) этапах процесс корректировки почвенной карты. В первую очередь увеличивается скорость выполнения работ, облегчена трудоемкая работа, связанная со сбором и хранением больших объемов данных, поиском релевантной (соответствующей теме запроса) для конкретной задачи информации, ее обновлением и обработкой. На основе ГИС-технологий возможна так же организация наблюдений за изменением почвенных свойств и плодородия на протяжении длительных промежутков времени в связи с эволюцией почв или антропогенным воздействием.

«ГИС – это автоматизированная информационная система, предназначенная для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация. В ГИС осуществляется комплексная обработка информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления» [4].

Согласно другому определению, «ГИС — это система, состоящая из 3-х компонентов. Во-первых, это пространственные данные, во-вторых, аппаратно-программное обеспечение и, в-третьих, проблема, как объект решения» [1]. (рис. 1).

Рис. 1. Основные компоненти ГИС.

Создание почвенной геоинформационной системы разделим на четыре основных этапа.

На первом этапе ставится задача (проблема) которая будет решаться с помощью ГИС (использование ГИС-технологий в почвенной картографии на уровне хозяйств). Параллельно осуществляется сбор и систематизация имеющихся данных (на исследуемую территорию), накопленных за предыдущие годы, как текстовых, графических, так и картографических; оцифровка карт и создание базы данных. Это самый трудоемкий этап. От него в значительной степени зависит успешность выполнения последующей работы.

На втором этапе уточняются и дополняются уже имеющиеся данные по результатам очередного почвенного обследования (почвенной корректировки). Новые данные либо вводятся в уже имеющиеся базы данных (далее БД), дополняя и уточняя ее, либо вносятся во вновь созданную, если система еще не содержит таких данных.

Третий этап включает в себя создание рабочей модели ГИС-системы. Здесь анализируется вся имеющаяся (электронная) информация, налаживаются связи между различными типами данных согласно рабочей модели. В результате мы получаем действующую геоинформационную систему.

Реализация рабочей модели и ее внедрение в сельскохозяйственное производство является заключительным этапом создания автоматизированной системы управления почвенной информацией.

Последовательность выполнения первого этапа мы и рассмотрим в данной работе.

Для эффективного использования информации необходимы ЭК. Под электронной картой (ЭК) понимается динамическая визуализация цифровых карт средствами программного обеспечения. Системы электронных карт можно рассматривать как специализированные информационные системы, ориентированные на визуализацию картографических данных (рис. 2). Технологически такие системы могут функционировать независимо и образовывать некие специализированные ГИС либо входить как подсистемы в глобальные ГИС.

 

Рис.2 Пример слоев интегрированной ГИС

К основным процессам технологии создания электронных цифровых карт относятся: подготовка исходных картографических материалов; цифрование, обработка и редактирование цифровой картографической информации; формирование электронных цифровых карт для хранения в архиве и выдачи их по запросам.

Подготовка исходных картографических материалов заключается в выборе материалов, несущих необходимую информацию из данных накопленных в результате различных почвенных обследований.

В первую очередь необходимо иметь топооснову или фотоплан с рельефом (масштаба 1:10000 или 1:25000) и того же масштаба почвенную карту на исследуемую территорию. Основные требования к картам - это их качество, максимальная информативность, почвенная карта должна содержать результаты последних почвенных исследований.

Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений.

Прежде, чем приступить к оцифровке, необходимо подготовить отсканированный растр к работе: "обрезать" лишнюю зарамочную информацию, очистить растр от грязи, разделить растровое изображение на тематические слои по по цвету (изолинии, дороги, реки, леса, …). Затем, тематические слои вносятся в созданный проект и производится векторизация.

Растр обязательно должен быть зарегистрирован (пространственно привязан в системе координат и проекции в которой он был построен).

Пространственная привязка осуществляется путем ввода географических или прямоугольных координат ряда характерных точек для которых определены истинные координаты. Координаты точек пространственных объектов используют для указания местоположения объектов на земной поверхности.

Векторизация сканированных (растровых) изображений заключается в выделении векторных объектов со сканированного растрового изображения и получении их в векторном формате, а так же:

• в востановлении информации, частично утраченной или искаженной из-за износа бумажного носителя, погрешностей сканирования;

• в "расслоении" изображения по его смысловому содержанию например: почвенная карта может содержать слои почв, границы землепользования, дороги, реки и т.д.);

• во введении атрибутивной информации для графического объекта (например, подробное название почвы и ее характеристики, описание почвенного разреза, площадь земельного участка);

• в построении корректной топологической структуры информации, соответствующей требованиям конечной геоинформационной системы [2].

Векторные данные, можно представлять в виде точки, полигона или полилинии.

Точка - это самый простой геометрический элемент векторной графики. В нашем случае точкой будут высоты (высшие точки, вершины), почвенные разрезы.

Полигон - замкнутый контур. В оцифрованном виде почвенная карта "представляет собой мозаику полигонов, которые в традиционном чтении соответствуют замкнутым контурам почвенной карты" [3]. Кроме почв полигонами являются озера, пруды, области оврагов, границы хозяйства (рис. 3).

 

Рис.3 Фрагмент электронной карты почвенных агрогрупп

Полилиниями представлены изолинии, реки, дороги, то есть линейные объекты (рис.4).

Рис. 4 Фрагмент топокарты (топоосновы)

Для создания полноценной геоинформационной системы, несущей не только графическую, но и атрибутивную информацию (атрибутами могут быть символы (названия), числа (статистическая информация, код объекта) или графические признаки (цвет, рисунок, заполнение контуров ) об объекте, необходима привязка к векторным слоям БД [4].

БД можно создавать в любой момент работы над проектом. Их можно подключить к любому векторному слою, определив структуру "с нуля" или взяв готовую БД за образец.

При оцифровке каждому объекту (точка, полигон, полилиния) присваиваются атрибуты, которые могут изменяться по мере уточнения. Данные можно дополнять и уточнять.

В результате получаем реляционную базу данных, которую в дальнейшем можно использовать для решения различных задач, в частности для составления карты крутизны склонов, карты пластики рельефа, почвенной карты-гипотезы, а так же составления различных вспомогательных карт, графиков, картограмм.

Последним, необходимым, условием первого этапа является редакция ошибок на всех слоях проекта, проверка корректности и целостности топологической модели.

Литература.

1. Геоинформатика и образование // Материалы ІІІ-й конф. ГИС-Ассоциации. Москва, 2-5 июня 1999г – www.gisass.ru, 2000.

2. Справочное руководство по оцифровке картографической информации (интернет публикации) - www.easytrace.com, 2001.

3. Столбовой В., Монтанарелла и др. Интеграция данных о почвах России, Белоруссии, Молдавии и Украины в почвенную географическую базу данных Европейского Союза. // Почвоведение. – 2001. – №7. – C. 773-790.

4. Цветков В. Я. Геоинформационные системы и технологии. - М.: Финансы и статистика, 1998.